DE715797C - OElschalter mit Lichtbogenloeschung durch OElstroemung - Google Patents

Description

Der Bau von Ölschaltern für hohe Spannungen und große Leistungen führt auch bei Verwendung von Löschkammern für die Schaltstellen zu großen Abmessungen und zu Schwierigkeiten bezüglich der Bemessung des Schalterkessels und des Schalterantriebs. Die Anwendung einer Mehrfachunterbrechung bringt in dieser Hinsicht keine Abhilfe. Die bekannten ölschalter weisen vielmehr aus der Auffassung heraus, daß für die Lichtbogenlöschung ein kombinierter Kühlungs- und Strömungseffekt bei schneller Kontakttrennung erforderlich sei, große Schaltgeschwindigkeiten und große Kontakttrennwege auf, wodurch der Weiterentwicklung des ölschalters Grenzen gesetzt sind.

Zur Vermeidung dieses Nachteiles geht die Erfindung einen neuen Weg. Während nämlich bei den bekannten Löschkammerschaltern ein Öl-Gas-Gemisch als Löschmittel zur Lichtbogenlöschung benutzt wird, dient nach der Erfindung nur Öl als Löschmittel, welches bei der Stromunterbrechung mit einer solchen Strömungsgeschwindigkeit zwischen die Schaltkontakte getrieben wird, daß die Lichtbogenprodukte in dem Maße aus der Schaltstrecke abgeführt werden, daß in jedem Augenblick die sich zwischen üen Schaltkontakten befindende Ölschicht der wiederkehrenden Spannung des Netzes standhält. Dabei wird der Trennabstand der Kontakte nur klein bemessen, und zwar im wesentlichen entsprechend der Schichtdicke reinen Öles, die zur Verhinderung der Rückzündung an den Schaltkontakten im Ausschaltzustand des Schalters erforderlich ist. Man erhält auf dem erfindungsgemäßen Wege nur einen kurzen Schalthub und demzufolge auch bei sehr hohen Spannungen nur kurze Lichtbogenlängen. Dadurch ist es möglich, die Schalterabmessungen ganz erheblich zu verringern, was nicht nur hinsichtlich einer Ersparnis an Material und öl an dem Schalter selbst vorteilhaft ist, sondern auch im Betrieb zu einer Verringerung der umbauten Fläche bei Schalthäusern und damit zu einer Herabsetzung der gesamten Anlagekosten führt. Die Schalter nach der Erfindung haben daher auch in großem Umfang und mit bestem Erfolg Eingang in die Praxis gefunden.

Bei der Verwirklichung der Erfindung wird von der an sich bekannten Bauform von Ölschaltern Gebrauch gemacht, bei der eine Ölströmung an der Schaltstelle mittels einer Pumpe hervorgerufen wird, welche mit einem Öldruckraum in Verbindung steht, der durch einen hohlen, beweglichen Kontakt und einen auf diesem sitzenden Gegenkontakt abge-

schlossen ist und bei dem die durch die Pumpe erzeugte Ölströmung in radialer Richtung allseitig der Kontakttrennstelle zufließt und in axialer Richtung durch den Hohlkontakt ab-S fließt. Von diesen bekannten Ölschaltern mit Lichtbogenlöschung durch Ölströmung unterscheidet sich aber der erfindungsgemäße Schalter durch die vorbeschriebene hohe Ölströmungsgeschwindigkeit und den kleinen Schalthub der Kontakte.

Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Der Ölschalter nach Abb. 1 besitzt ein Schaltkammergehäuse 1, in welchem der feste Kontakt 2 und der bewegliche Hohlkontakt 3 angeordnet sind. In dem Gehäuse 1 befindet sich die Isolierflüssigkeit 4, beispielsweise Öl, und ferner im unteren Teil der Kolben 5 einer Pumpe. Der Kolben 5 wird durch den mit dem Gehäuse 1 verschraubten zylindrischen Teil 6 geführt und für gewöhnlich durch die auf dem Boden 8 aufsitzende Druckfeder 7 nach oben gedrückt.

as Das Löschkammergehäuse besteht aus zwei Teilen 9 und ι ο aus Isoliermaterial, zwischen denen beispielsweise mittels der Bolzen 12 und der Ringe 13 die Befestigungsvorrichtung 11 für den festen Kontakt eingeklemmt ist. Diese besteht aus einem außen mit einer Klemme 11' und innen mit Stegen versehenen Ring 11. An den Stegen ist in der Mitte der Druckkammer das Gehäuse 14 befestigt, in welchem die ringförmig angeordneten Kontaktsegmente 15 angeordnet sind, welche durch Federn radial zur Mitte hin gedrückt werden. Der röhrenförmige Kontakt 3 kommt in der Einschaltstellung des Schalters an seiner äußeren unteren Oberfläche mit den Kontaktsegmenten 15 in Berührung. Durch eine geeignete flexible Leitung 16 steht der bewegliche Kontakt 3 an seinem oberen Ende mit dem metallischen Gehäuse 17, an dem die andere Klemme des Schalters angebracht ist, in Verbindung. An dem Gehäuse 17 ist ferner ein Ventil 17' angebracht, durch welches die in der Löschkammer erzeugten Gase entweichen können. Damit während des Öffnens des Schalters die Isolierflüssigkeit in den Raum zwischen den Kontakten einströmen kann, um hierdurch die Lichtbogengase aus dem Kontaktzwischenraum zu entfernen, sind'weiter unten beschriebene Mittel vorgesehen, durch welche eine annähernd gleichzeitige Betätigung des Kolbens 5 und des beweglichen Kontaktes 3 herbeigeführt wird. Dadurch, daß das Öl radial über die Kontaktflächen fließt, wird der Lichtbogen von allen Seiten von Öl eingeschlossen und kann nicht aus seiner Mittelstellung ausweichen; mit anderen Worten, das von allen Seiten auf den Lichtbogen zuströmende Öl sucht den Lichtbogen und die Lichtbogengase auf einen engen Raum zusammenzudrücken und sie schließlich in das Innere des röhrenförmigen Kontaktes zu drücken, so daß der Kontaktzwischenraum von den Lichtbogengasen gereinigt und durch frisches Öl ersetzt wird.

Damit das über die Kontaktflächen gedrückte Öl in einer bestimmten Richtung fließen kann, ist das Gehäuse 1 mit einer Trennwand 18 versehen, durch welche der röhrenförmige Kontakt sich frei bewegt und welche das Löschkammergehäuse in eine obere Kammer 19 und in eine untere Kammer 20 teilt. Daher kann das in der unteren Kammer unter Druck stehende Öl nur in die obere Kammer 19 durch den röhrenförmigen Kontakt ausströmen, welcher mit Auslaßöffnungen 21 versehen ist, durch welche das Öl und die Lichtbogengase in die obere Kammer strömen können, wenn der röhrenförmige Kontakt in der Offenstellung steht (s.Abb.2). Zur besseren Führung des Ölstromes über die Kontaktflächen und in den röhrenförmigen Kontakt ist der Teil 22 vorgesehen, der in dem Gehäuse 14 angebracht und mit einer konischen Spitze versehen ist, um Ölwirbel in dem in Abb. 2 durch Pfeile angedeuteten Flüssigkeitsstrom zwischen den Kontakten zu vermeiden oder herabzusetzen.

Aus Abb. 2 ist ersichtlich, daß, wenn der Kolben 5 durch die Druckfeder 7 betätigt wird und das Öl nach oben drückt, ein ölstrom durch die Zwischenräume zwischen den Stegen des Ringes 11 und von dort radial über die oberen Enden der Kontaktsegmente 15 und den unteren Rand des hohlen Kontaktes 3, zwischen denen sich der Lichtbogen ausbildet, und von dort in den hohlen Kon- \00 takt und durch die Auslaßöffnungen 21 in die Kammer 19 gedrückt wird. Um das Ausströmen des Öles und der Lichtbogengase aus dem röhrenförmigen Kontakt in die Kammer 19 zu erleichtern, ist in dem Kontakt 3 der konusförmige Teil 23 vorgesehen.

Der Abstand zwischen den Kontakten 2 und 3 im ausgeschalteten Zustand kann im Vergleich zu Ölschaltern derselben Leistung klein sein, und zwar ungefähr 2,5 cm für einen 15-KV-Schalter. Ferner ist der Gasdruck, der durch die Zersetzung des Öles durch den Lichtbogen hervorgerufen wird, sehr klein im Verhältnis zu den üblichen Ölschaltern, so daß das Löschkammergehäuse nicht aus so festem Material, wie beispielsweise Stahl, hergestellt zu werden braucht, sondern es kann aus gepreßtem Isoliermaterial hergestellt sein.

U^Tm die gleichzeitige Betätigung der Pumpe und des beweglichen Kontaktes 3 herbeizuführen, ist eine Vorrichtung vorgesehen,

durch welche diese Teile miteinander gekuppelt sind, und zwar bestehen diese aus einem in der Mitte drehbar gelagerten Hebel 24, der an seinem einen Ende mit dem Kontakt 3 und an seinem anderen Ende durch die Stange

27 mit einer bei 26 drehbar gelagerten Lasche 25 verbunden ist. Der Hebel 24 ist mit dem beweglichen Kontakt über eine Geradeführung

28 verbunden. Die Kolbenstange 30 besitzt an ihrem unteren Ende eine Verlängerung 29, an der eine Rolle 31 angebracht ist, welche mit dem hakenförmigen Teil 32 der Lasche 25 in Eingriff kommen kann, wodurch der Kolben 5, nachdem die Feder 7 gespannt wor-

'5 den ist, in der in Abb. 1 dargestellten Stellung gehalten wird. In dieser Stellung wird die Lasche 25 entgegen dem Zug einer Feder 25' durch eine geeignete Auslösevorrichtung, beispielsweise die elektromagnetische Vorrichtung 33, gehalten, welche aus einer Spule 34 und einem Anker 35 besteht und die bei einem bestimmten Zustand in dem überwachten Stromkreis ausgelöst wird. Der bei 36 gelagerte Anker 35 ist über eine Stange 37 mit der Lasche 25 derart verbunden, daß, wenn der Anker in seiner durch voll ausgezogene Linien dargestellten Lage ist, die Lasche 25 mit der Rolle 31 in Eingriff gehalten wird. Die Stange 27 ist mit der Lasche 25 mittels eines Hebels 38 verbunden, der an der Lasche drehbar gelagert ist und an seinem freien Ende mit einer Rolle 39 versehen ist. Eine Feder 40 sucht den Hebel 38 für gewöhnlich entgegen dem Uhrzeigersinne um seinen Drehpunkt gegen den einen Teil der Lasche 25 bildenden Anschlag 41 zu drehen, wodurch gleichzeitig die Stange 27 nach oben gedrückt und der bewegliche Kontakt geschlossen gehalten wird. Wenn die Anzugskraft der elektromagnetischen Auslösevorrichtung bei einem bestimmten Betriebszustand so weit herabgesetzt wird, daß der Anker losgelassen wird, dreht sich dieser entgegen dem Uhrzeigersinne unter dem Einfluß der Feder 25', welche so bemessen ist, daß sie den Zug der Feder 40 überwindet, in die gestrichelt gezeichnete Lage. Die Lasche 25 wird freigegeben und kann sich nun im Uhrzeigersinne von der Rolle 31 hinwegdrehen, wobei sie durch die von der Druckfeder 7 ausgeübte Kraft unterstützt wird. Während dieser Bewegung wird sich der Hebel 38 durch den Anschlag 41 mit nach unten genommen und 'hierdurch der Hebel 24 im LThrzeigersinne gedreht und der bewegliche Kontakt 3 in die Offenstellung gebracht.

Der Einschaltvorgang wird dadurch ausgeführt, daß sowohl der Einschaltmagnet 42 als auch der Magnet 42' erregt werden. Der Einschaltmagnet 42 arbeitet auf einem Hebel 43, der an seinem anderen Ende einen in einen Schlitz 45 der Verlängerung 29 eingreifenden Stift 44 besitzt, so daß das Öffnen des Schalters unabhängig von der Stellung des Einschaltmagneten erfolgen kann, während bei Bewegung des Hebels 43 im Uhrzeigersinne bei der Erregung des Magneten 42 der Stift 44 am Ende des Hebels 43 sich gegen den unteren Teil des Schlitzes 45 legt und infolgedessen den Kolben 5 und die Druckfeder 7 nach unten zieht. Wenn der Magnet 42' erregt wird, greift er an der Rolle 39 am Hebel 38 an und dreht den Hebel 38, der mit seinem anderen Ende an dem festen Anschlag 46 anliegt, wodurch die Lasche 25 entgegen dem LThrzeigersinne gegen den Zug der Feder 25' gedreht wird, so daß der hakenförmige Ansatz 32 sich über die Rolle 31 legt. Während dieser Bewegung wird der Anker 35 in seine.normale Haltestellung gedreht; in der er gehalten wird, solange in dem Stromkreis normale Betriebsbedingungen vorliegen.

Zur Unterbrechung von Hochspannungsstromkreisen sind mehrere in Reihe liegende Unterbrechungsstellen wirksamer als eine einzige Unterbrechungsstelle, vorausgesetzt natürlich, daß die Spannung gleichmäßig unter den Unterbrechungsstellen aufgeteilt ist. In Abb. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem mehrere Unterbrechungssteilen in dem Hochspannungskreis vorgesehen sind und bei dem jede Unterbrechungsstelle so ausgebildet ist, daß ein Flüssigkeitsstrom radial über den Lichtbogen geleitet wird. Der Schalter 50 besteht aus einem Gehäuse 51 in Form eines Isolators, wie sie bei Hochspannungsschaltern Verwendung finden. Der Isolator steht in Verbindung mit dem Innern eines Hohlkörpers 5² aus Isoliermaterial, der hinwieder auf einem όο Rahmen 53 befestigt ist, der die mit 54 bezeichneten Betätigungsvorrichtungen enthält. Der Hohlkörper 52, welcher an seinem unteren Ende geschlossen ist, enthält ebenso wie der Isolator 51 Öl oder eine andere geeignete Isolierflüssigkeit und steht mit diesem Isolator durch die Öffnung 55 in Verbindung, so daß durch den Kolben 56 ein Flüssigkeitsstrom von dem Hohlkörper 52 in den Isolator Si gedrückt werden kann. no

Wie aus Abb. 4, in der die zusammenwirkenden und in Reihe liegenden Kontaktpaare in größerem Maßstabe dargestellt sind, ersichtlich ist, umfaßt jedes Paar relativ zueinander bewegliche Kontakte, ebenso wie bei »15 dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel einen röhrenförmigen oder hohlen Kontakt 57 und einen Kontakt 58, über den das Öl bei der Trennung der Kontakte radial hinwegströmt und durch den hohlen Kontakt 57 hindurchströmt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der hohle Kontakt fest angeordnet.

Die Kontaktfläche des beweglichen Kontaktes

58 ist konusförmig und sitzt in der in x\bb. 4 dargestellten Einschaltstellung des Schalters auf der abgeschrägten Kante des Kontaktes

S 57, der an der Feder 57' befestigt ist, auf. Die Öffnung des Kontaktes 57 ist zweckmäßig so ausgebildet, daß sie sich in Richtung des Flüssigkeitsstromes erweitert, um die Geschwindigkeit, mit der das öl über die Konto taktflächen strömt, zu vergrößern.

Um die beweglichen Kontakte 58 gleichzeitig zu betätigen, sind zwei Antriebsstangen

59 (Abb. 5) vorgesehen, welche sich in der Längsrichtung des Isolators 51 auf jeder

«5 Seite der Kontakte erstrecken und durch ein Joch 59' mit den Kontakten 58 verbunden sind. Je ein Paar von Kontakten 58 ist durch eine leitende Stange 60 elektrisch miteinander verbunden, wie aus Abb. 4 ersichtlich ist, und so die Kontakte 57 sind durch flexible Leitungen 61 paarweise miteinander verbunden, &o daß die Paare von relativ zueinander beweglichen Kontakten 57 und 58 in Reihe liegen. Die Kontaktpaare sind in einem röhrenförmigen »5 Isolationsteil 62 angeordnet, welche von einer sich in der Längsrichtung des Isolators erstreckenden waagerechten Trennwand 62' (Abb. 6) getragen wird. Die Trennwand 62' teilt den Isolator 51 in einen oberen und unteren Längsraum ein. Der Isolator ist ferner mit Querwänden 63 versehen, welche auch die Isolierröhre 62 in Einzelgehäuse für jedes Kontaktpaar aufteilt. Die Trennwände 63 und die Isolierröhre 62 sind derart mit Öffnungen versehen, daß das unter Druck gesetzte Öl von der unteren Längskammer des Isolators zu der oberen Längskammer nur durch die Einzelgehäuse in der Röhre 62 fließen kann. Der Ölstrom wird gezwungen, durch den hohlen Kontakt 57 zu fließen, da durch eine Isolationsscheibe 64, welche gleichzeitig zur Befestigung des Kontaktes 57 dient, jedes Einzelgehäuse in zwei Kammern unterteilt wird. Wenn demnach das Öl in dem Hohlkörper 52 unter Druck gesetzt wird, kann es in jedes Einzelgehäuse und von dort durch eine Öffnung 65 in und durch den hohlen Kontakt 57 und von dort in die zweite Kammer des Einzelgehäuses und durch die Öffnung 66 in den oberen Längsraum des Isolators fließen. Die Einzelgehäuse stehen durch Öffnungen 68 in den Trennwänden 63 miteinander in Verbindung. Die während der Unterbrechung des Stromkreises erzeugten Gase entweichen aus dem Ventil 51'. Um eine gleichmäßige Aufteilung der Spannung unter den verschiedenen Kontaktpaaren zu ermöglichen, kann ein hochohmiger Widerstand im Nebenschluß zu dem Schalter über seine Klemmen 50° und 50'' geschaltet sein, von dem Abzweigungen zu den einzelnen Kontaktpaaren geführt sind, so daß die jeder Unterbrechungsstelle aufgedrückte Spannung annähernd dieselbe ist. Der Strom, der nach dem öffnen des Schalters über den hochohmigen Widerstand fließt, ist so klein, daß er leicht, beispielsweise durch einen in Reihe mit dem Widerstand liegenden Trennschalter, unterbrochen werden kann.

Um gleichzeitig mit der Betätigung der Ölpumpe 56 die beweglichen Kontakte 58 zu betätigen, ist eine Antriebsstange 67 mit dem Kolben 56 und der Betätigungsvorrichtung 54 verbunden. An ihrem freien Ende ist die Stange 67 zu einem Kurvenstück 68 ausgebildet, durch welches die Antriebsstangen 59 betätigt werden. Die Antriebsstangen 59 werden durch die Federn 68' gegen die Oberfläche des Kurvenstückes gedrückt, so daß die Kontakte entweder durch direkte Betätigung mittels des Kurvenstückes oder durch die Wirkung der Federn geöffnet werden. In der in Abb. 3 dargestellten Stellung sind die Kontakte geschlossen, und die Antriebsstange 77 ist in ihrer unteren Stellung. Wenn die Druckfeder 69 freigegeben wird, so daß sie den Kolben 56 und die Stange 67 nach oben stößt, wird durch das Kurvenstück 68 die rechte Antriebsstange 59 in die Ausschaltstellung bewegt, während die linke Antriebsstange 59 durch die zugehörige Feder 68' gleichzeitig in die Ausschaltstellung gebracht wird. Die Auslösung der Druckfeder 69 erfolgt durch Aberregung des Auslösemagneten 70, der hierbei den Anker 71 fallen läßt, wodurch hinwieder das Lager 72 des Hebels 72, freigegeben wird, so daß dieser unter dem Einfluß der Druckfeder sich im Uhrzeigersinne drehen kann. Die Unterbringung des Schalters in einem gewöhnlichen Isolator ist ^Io° insofern besonders vorteilhaft, als hierdurch sehr an Platz gespart wird und hierdurch der Schalter besonders zur Verwendung bei elektrischen Lokomotiven geeignet ist.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   i. Ölschalter mit Lichtbogenlöschung durch Ölströmung, bei dem ein mit einer Pumpe in Verbindung stehender Öldruck- no raum durch einen hohlen Kontakt und einen auf diesem sitzenden Gegenkontakt abgeschlossen ist und bei dem die durch die Pumpe bewirkte Ölströmung der Schaltstrecke allseitig radial zufließt und "5 durch den hohlen Kontakt axial abfließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennabstand der Kontakte nicht oder nur unwesentlich größer bemessen ist, als zur Verhinderung der Wiederzündung bei reinem Öl erforderlich ist, und daß die Geschwindigkeit der Ölströmung zwischen

   den Kontakten so groß gewählt ist, daß in jedem Augenblick nach dem Erlöschen des Lichtbogens im Stromnulldurchgang die sich zwischen den Kontakten befindende Ölschicht der wiederkehrenden Spannung standhält.
2. 2. .Ölschalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei höheren Spannungen in an sich- bekannter Weise

   ίο mehrere Untenbrechungsstellen in Serie angeordnet sind, von denen jede durch einen Ölstrom von solcher Geschwindigkeit bespült wird, wie zur Herstellung eines Ölfilms genügender Durchschlagsfestigkeit zwischen den Elektroden erforderlich ist.
3. 3. ölschalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Kontakt (2) in der Mitte des Druckraumes an Stegen eines zwischen den beiden Teilen des zweiteiligen Löschkammergehäuses eingeklemmten Ringes (11) getragen wird, wobei die Zwischenräume zwischen den Stegen Kanäle bilden, durch welche das Öl von dem unteren Teil des Druck raumes in den oberen fließen ,muß, bevor es zu den in der Mitte des oberen Teiles des Druckraumes liegenden Kontaktflächen gelangen kann.
4. 4. ölschalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung der Pumpe (5) ein Kraftspeicher (7) vorgesehen ist, der vor seiner Entladung durch einen Magneten (34) vermittels einer Klinke (25) verriegelt ist, welche bei ihrer Entriegelung das Gestänge (27, 24) zur Bewegung des beweglichen Kontaktes (3) -in die Ausschaltstellung mitnimmt.
5. 5. Ölschalter nach Anspruch 1 mit mehreren in Reihe liegenden Unterbrechungsstellen, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Kontakte (58) aller Unterbrechungsstellen von einer gemeinsamen Antriebsvorrichtung (67, 68) bewegt werden, welche mit einer Pumpe (56) gekuppelt ist, die so angeordnet ist, daß bei ihrer Betätigung ein Ölstrom über sämtliche Unterbrechungsstellen hervorgerufen wird.
6. 61 Ölschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechungsstellen in einem Gehäuse (51) in Form eines Hochspannungsisolators angeordnet sind und daß die Pumpe in einem den waagerecht angeordneten Isolator mit den Unterbrechungsstellen tragenden Stützisolator (52) angeordnet ist.
7. 7. Ölschalter nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator (51) mit den Unterbrechungsstellen durch mit Durchflußöffnungen für das Öl versehene Querwände (63) in Einzelgehäuse für jede Unterbrechungsstelle eingeteilt ist, welche von einer den festen, hohlen Kontakt (57) tragenden Querwand (64) in einer die Kontakte enthaltenden zentral und in der Längsrichtung des Isolators angeordneten Röhre (62) in zwei Abschnitte unterteilt ist, und daß in der Röhre Öffnungen (65) vorgesehen sind, welche den ölstrom so führen, daß er in radialer Richtung zu der Unterbrechungsstelle fließt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen